Подразделения / Лаборатория популяционной генетики человека

I. ПРОБЛЕМА
II. ОБЩИЕ ЗАДАЧИ
III. КОНКРЕТНЫЕ ЗАДАЧИ
IV. МЕТОДЫ
V. КАК МЫ РАБОТАЕМ
VI СОТРУДНИЧЕСТВО
VII СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

В начало

   Проект "Геном человека", разрешив ряд старых проблем, открыл целый веер новых. Среди них - и острый вопрос о ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ изменчивости генома человека. Это вопрос о том, велико ли сходство и еще выглядит "белым пятном" по сравнению с другими регионами мира.
   Основное направление нашей работы - геногеография. Это направление стало самым приоритетным в популяционной генетике. И именно здесь мы можем работать на уровне мировых стандартов.
   С 2005 года наша лаборатория каковы ГЕНЕТИЧЕСКИЕ различия между популяциями, географически и исторически отличными друг от друга?
   Описание генофонда народов мира становится с каждым годом все детальнее. Но, несмотря на работы целого ряда российских коллективов, Северная Евразия все является одним из 10 центров, участвующих в международном проекте "ГЕНОГРАФИЯ". Наш центр изучает генофонд народов Северной Евразии по маркерам митохондриальной ДНК и Y-хромосомы. Текущая информация - на официальном сайте проекта www.nationalgeographic.com/genographic и нашем сайте www.genofond.ru

В начало

    I. ПРОБЛЕМА

   Выявление географической изменчивости генофондов
   и системы "генетического родства"
   различных групп народонаселения

В начало

    II. ОБЩИЕ ЗАДАЧИ

   1. СОБИРАТЬ И АНАЛИЗИРОВАТЬ информацию о генофондах народов России и сопредельных стран:

   
• Изучение основных закономерностей в пространственной изменчивости генофондов.
     
• Выявление "общей модели" архитектоники каждого генофонда, не зависящей от типа анализируемых генетических маркеров.
     
• Определение степени сходства и отличий генофондов народов Северной Евразии на основе ряда независимых методов и маркеров.
     
• Анализ структуры генофонда человека на разных уровнях иерархии его популяций (локальные популяции - этносы - регионы - Северная Евразия - ойкумена).
     
• Выявление путей древних миграций и расселения человека на основе параллельного изучения филогеографии обоих типов однородительских маркеров - мтДНК (материнские линии) и Y хромосомы (отцовские линии).
     
• Интенсивные исследования народов Северной Евразии по всему спектру популяционно-генетических маркеров: мтДНК, Y хромосомы, аутосомного генома.
  

В начало

    III. КОНКРЕТНЫЕ ЗАДАЧИ

   Широкие экспедиционные обследования генофондов всех народов Северной Евразии (как России, так и республик бывшего СССР).
   Изучение популяций коренных народов и популяций современного населения.
   Анализ всех трех основных типов ДНК маркеров - митохондриального генома, Y хромосомы, аутосомных маркеров.
   Генотипирование "однородительских" маркеров проводится со степенью детальности, удовлетворяющей современным стандартам мирового научного сообщества (секвенирование контрольного региона и анализ кодирующей части мтДНК, широкий спектр SNP-маркеров и микросателлиты Y хромосомы).
   Создание общедоступных баз данных по генофонду народонаселения Евразии (базы данных с дружественным интерфейсом будут размещены на нашем сайте www.genofond.ru).
   Представление информации в виде легко читаемых карт компьютерного картографического Атласа генофонда. Атлас позволяет специалистами в любых областях медицинских, естественных и гуманитарных наук использовать всю накопленную информацию а генофонде народов Евразии.

В начало

    IV. МЕТОДЫ

   Основной метод - геногеографическое изучение пространственной структуры генофондов разных иерархических уровней.
   Экспериментальные методы - стандартные методы анализа полиморфизма ДНК (ПЦР-ПДРФ, секвенирование).
   Методы анализа - геногеографическое изучение пространственной структуры генофондов разных иерархических уровней.
   В лаборатории проводится анализ больших массивов генетических данных о народонаселении - как собственных, так и литературных, содержащихся в разрабатываемых нами базах данных.

   Для анализа этой информации используется широкий спектр методов:

   
• Классические популяционно-генетические методы (анализ генетических расстояний, уровня гетерозиготности, степени подразделенности популяции);
     
• Многомерные статистические методы (многомерное шкалирование, кластерный анализ);
     
• Методы филогенетики и филогеографии (построение медианных сетей, анализ нуклеотидного разнообразия в пределах гаплогрупп, сопоставление популяций по гаплотипическому составу);
     
• Методы разработки баз данных.
  

   
• проводить картографическое моделирование распространения генов в географическом пространстве;
     
• проводить специальные виды картографического анализа и стандартные виды статистического анализа;
     
• анализировать совокупности карт многих генов, выявляя фундаментальные черты структуры генофонда.
  

   
• Построение интерполяционных карт распространения признака (выбор оптимальных параметров интерполяции, расчет статистических показателей как по исходным, так и по интерполированным значениям)
     
• Расчет надежности картографического прогноза (в каждой точке карты). Результирующая карта надежности имеет огромное значение при интерпретации результатов: она показывает, на каких территориях результаты являются достоверными, а на каких - лишь вероятным прогнозом.
     
• Выявление трендов (скрытых закономерностей) в пространственной изменчивости признаков.
     
• Анализ корреляций между картами различных признаков и построение корреляционных карт.
     
• Построение синтетических карт первого рода: карт гетерозиготности (нуклеотидного разнообразия; других показателе1 внутрипопуляционной изменчивости)
     
• Построение синтетических карт второго рода: карт главных компонент. Такие карты используются для визуализации основных паттернов в пространственной структуре генофонда. Первые две-три главные компоненты обычно описывают основные закономерности в изменчивости большого числа генов. Метод картографирования главных компонент был (независимо от нас) разработан одной из ведущих зарубежных популяционно-генетических школ и успешно применен для выявления основных черт пространственной структуры генофонда на всех континентах [Cavalli-Sforza et al., 1994].
     
• Построение синтетических карт третьего рода: карт генетических расстояний. Такие карты показывают сходство популяций из всех частей изучаемой территории с выбранной реперной популяцией. Эти карты обладают большей разрешающей способностью, чем карты главных компонент. Однако для их эффективного применения необходимо предварительно сформулировать вопрос, избрав реперную популяцию. Поэтому этот метод больше подходит для углубленного изучения генофонда и проверки гипотез, а метод главных компонент - для разведочного геногеографического анализа.
  

В начало

    V. КАК МЫ РАБОТАЕМ

   Можно выделить четыре основных этапа работы лаборатории.
   1 этап - экспедиционные обследования популяций
   2 этап - генотипирование полиморфных маркеров
   3 этап - создание баз данных
   4 этап - статистический и картографический анализ генофондов
   К настоящему моменту лаборатория имеет большой опыт работы на каждом из этапов.

В начало

   1. НАШИ ЭКСПЕДИЦИИ

   Наши экспедиции проведены несколькими отрядами, но по единой программе. Обследованы почти 5 тысяч человек - абхазы, чеченцы, черкесы, кабардинцы, адыгейцы, народы Дагестана, гагаузы, молдаване, ненцы, шорцы. Но в основном - восточные славяне: белорусы, украинцы и русские. У нас обследовано уже более 3 тысяч восточных славян из основных географических групп каждого народа.
   При планировании экспедиции мы консультируемся с антропологами, этнографами, археологами. Это позволяет выбрать популяции, которые наиболее ярко и ясно представляют данный народ и данный регион.
       Для избранной популяции необходимо сформировать выборку, достойно ее представляющую. Для каждого обследуемого заполняется анкета с родословной. Наши требования - все бабушки и дедушки обследуемого должны, с одной стороны, относиться к данному этносу, и с другой стороны, происходить из данной популяции. Если человек не помнит хотя бы кого-нибудь из своей родословной - он нам не подходит. Объем выборки - больше 100 человек. Все включенные в выборку лица старше 16 лет и не связаны родством.
       Помимо сбора биологических образцов (венозной крови), мы проводим сбор генетико-демографической информации, а в русских популяциях - также и данных по антропонимике (частотам и разнообразию фамилий). Обследование проводится в сотрудничестве с местными администрациями и медицинскими учреждениями, финансируется нашими грантами - как Российскими, так и международными.
   Изучение проводится в соответствии с нормами, принятыми в таких исследованиях во всем мировом сообществе, и контролируется Этической комиссией ГУ МГНЦ РАМН. Каждый участник подписывает документ, удостоверяющий его добровольное участие и гарантирующий соблюдение его прав.

В начало

   2. ГЕНОТИПИРОВАНИЕ

   Мы проводим анализ широкого спектра генетических маркеров
   ДНК - маркеры

мтДНК:     секвенирование ГВС I     рестрикционный анализ кодирующей части мтДНК

Y-хромосома:     Анализ широкого спектра SNP маркеров

Аутосомные ДНК маркеры:     панель Alu - повторов

   Оба типа однородительских маркеров - мтДНК и У хромосомы - исследуются согласно международным стандартам. Таким образом, наши популяции сопоставимы с данными о популяциях всего мира. Для аутосомных ДНК маркеров мы также выбрали панель наиболее изученных Alu-повторов.
   По различным наборам маркеров изучены популяции Восточной Европы, Кавказа, Западной Сибири - русские, украинцы, белорусы, кабардинцы, адыгейцы, абхазы, черкесы, чеченцы, Дагестан, гагаузы, ненцы, шорцы.

В начало

   3. БАЗЫ ДАННЫХ

   Базы данных, которые мы уже многие годы создаём, не являются простыми хранилищами информации. Это, прежде всего, системы обработки данных. Развитие этих систем движется параллельно с включением новых способов анализа данных в наш методический арсенал.
   К настоящему времени созданы пилотные версии трех баз данных:
   1) "Полиморфизм митохондриального генофонда народов Евразии" (версия-2004, MS Access). БД содержит полную информацию (сиквенсы ГВС1 и ПДРФ кодирующей части мтДНК) о гаплотипах 33 тыс. человек. То есть практически всю основную информацию о народах всей Евразии.
   2) Банк данных "Русский генофонд" (MS Access - Visual Basic). БД содержит практически всю накопленную в науке информацию по генетике русских популяций: данные по классическим маркерам, аутосомным ДНК-маркерам, митохондриальной ДНК. Отдельные разделы посвящены антропологическим и дерматоглифическим данным.
   3) "Генофонд и антропоэкология населения Северной Евразии" (версия-2004, FOXPRO). БД содержит информацию о трех системах данных - генетических (классические генетические маркеры), фенетических (дискретно варьирующие признаки черепа), антропоэкологических (минеральный состав костей, темп старения и др.).

   Даже из этих Баз данных видно, что уже на этапе создания баз данных мы включаем в работу самые разные типы популяционных маркеров, а не только генетические. Например,
   ФАМИЛИИ

   Показано, что данные о распространении фамилий можно сопоставлять с генетическими данными, получать с их помощью информацию о популяционной структуре. Эти маркеры очень удобны в использовании (простота получения данных) и позволяют получать огромные (десятки тысяч для каждого района) выборки
   В настоящее время мы располагаем данными о фамилиях: более чем 1 000 000 человек из 900 популяций 50 районов 5 регионов России.
   Это фамилии сельского населения, изученного в исконном ареале русского народа. Есть и большие массивы данных о частотах фамилий городского населения, но они не несут информации об истории русского народа,

   Для сравнительного анализа генофонда используются и другие типы признаков,
   изученных в разных разделах естественных и гуманитарных наук:

   КЛАССИЧЕСКАЯ ГЕНЕТИКА (иммуно-биохимические маркеры)
   АНТРОПОЛОГИЯ (соматология, дерматоглифика, краниология).
   ЛИНГВИСТИКА
   АРХЕОЛОГИЯ
   ЭКОЛОГИЯ
   ГЕОГРАФИЯ

В начало

   4. СТАТИСТИЧЕСКИЙ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

   Генофонд народонаселения, история его формирования и динамики изучается в двух направлениях. Во-первых, в глобальном масштабе генофонда ойкумены или, чаще, генофонда Северной Евразии. Во-вторых, проводится детальный анализ генофондов самого разного иерархического уровня, избранных в качестве модельных объектов. Каждый из модельных генофондов позволяет нам изучить роль преимущественно одного из факторов популяционной динамики. Так, изучение адыгов Северо-Западного Кавказа моделирует действие фактора иерархической подразделенности популяций, изучение Кавказа в целом - действие географических барьеров, изучение русского генофонда - факторов изоляции расстоянием и "потока генов", и так далее.

   Русский генофонд
   Изучение структуры русского генофонда является ярким примером успешного применения полисистемного подхода. Проанализированы все накопленные данные по частотам классических (иммуно-биохимических) маркеров в русских популяциях. Построены карты распространения каждого аллеля и синтетические карты главных компонент. Основное направление изменчивости оказалось широтным: наибольшие различия наблюдаются между северными и южными русскими популяциями. Аналогичный анализ был проведен для физического облика русского населения (антропологические данные). Кроме того, проанализирована изменчивость кожных узоров (дерматоглифические данные). Наконец, в порядке эксперимента изучена география 75 частых русских фамилий. Анализ главных компонент во всех случаях выявил широтную изменчивость как основную закономерность структуры русского генофонда.
   Анализ карт отдельных генов в сравнении с их частотами у смежных с русскими популяций выявил, что в большинстве случаев изменения частот на окраинах русского ареала не объясняются, как можно было бы предполагать, смешением с соседними популяциями, а характеризуют внутреннюю дивергенцию в пределах русского генофонда.

   География русских фамилий
   Начавшись в рамках изучения русского генофонда, проект "Русские фамилии" обрел самостоятельную значимость. В ряде специальных работ было показано, что, сравнивая популяции по всему спектру фамилий, можно получать достоверные знания о структуре генофонда. Неоднократные прямые сравнения результатов анализа фамилий и результатов анализа собственно генетических данных показали хорошую согласованность генетических и "квазигенетических" признаков.
   В настоящее время анализ географии фамилий является одним из приоритетных направлений работы лаборатории. Собрана база данных о фамилиях более чем миллиона человек. Разрабатывается методология и специальное программное обеспечения для анализа данных по фамилиям. Проводится работа по прогнозированию (на основе данных о частотах фамилий) уровня случайного инбридинга и, соответственно, ожидаемого груза наследственной патологии в населении тех или иных территорий.

   Генофонд народонаселения Восточной Европы
   Особый интерес к этому региону естественен для лаборатории, расположенной в Москве, т.е. приблизительно в центре Восточно-Европейской равнины. По мере накопления данных, с периодичностью в один-два года проводится полный картографический анализ этого генофонда. Каждый раз добавляется той или иной класс маркеров, ширится географический охват популяций. К настоящему времени проведен детальный анализ классических (иммуно-биохимических) генных маркеров в народонаселении Восточной Европы. Проведено изучения ряда аутосомных микросаттелитов. Детально охарактеризована изменчивость митохондриальной ДНК. Изучается полиморфизм панели Alu-инсерций. Большую помощь оказали данные по физической антропологии и дерматоглифике народов Восточной Европы.
   В целом, результаты анализа различных признаков взаимно подтверждают друг друга. Можно считать, что генофонд восточноевропейских популяций изучен достаточно глубоко. Подробное описание этих результатов явится темой специальных публикаций.

   Генофонд народов Кавказа
   Изучение народов Кавказа проводится по широкому спектру маркеров. Собственные коллекции превышают 1000 образцов, репрезентативно представляющих Северный Кавказ. Собранные коллекции охарактеризованы по аутосомным ДНК-маркерам, классическим маркерам, а также нерекомбинирующим "однородительским" системам - митохондриальной ДНК и Y-хромосомы.
   Широко используются также данные, опубликованные в литературе. В частности, интересный результат получен при анализе всей совокупности данных по классическим генным маркерам методом картографирования главных компонент. Карта первой главной компоненты четко продемонстрировала подразделение генофонда Кавказа на северную (северокавказскую) и южную (закавказскую) геногеографические провинции. Причем граница между ними, проявившаяся на интерполяционных картах, повторяет изгибы Большого Кавказского хребта.

   Филогеография митохондриальной ДНК в Евразии
   Это направление основывается на использовании преимуществ, предоставляемых разработанной базой данных "World Mitochondrial". Ее совместимость с картографическим программным пакетом позволяет проводить картографирование большого числа гаплогрупп - в том числе дробных субвариантов, представляющих наибольший интерес с точки зрения изучения древних и современных миграций.

В начало

    VI СОТРУДНИЧЕСТВО

   Мы сотрудничаем со следующими организациями:

   
• Эстонский биоцентр (Эстония, Тарту)
     
• Харьковский нац. Университет (Украина, Харьков)
     
• ИИЭФ Национальной академии наук Беларуси (Беларусь, Минск)
     
• Институт иммунологии Федерал. управл. мед-биол. и экстр. проблем при МЗ РФ (Москва)
     
• Белгородский государственный университет (Белгород)
     
• Кубанская медицинская Академия (Адыгея, Майкоп)
     
• Кемеровский государственный университет (Кемерово)
     
• Институт антропологии Московского государственного университета (Москва).
     
• Институт этнологии и антропологии РАН (Москва)
     
• Гейдельбергский университет (Германия)
  

В начало

    VII СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

   ШТАТНЫЙ СОСТАВ:
   Заведующий лабораторией, д.б.н. Елена Балановская
   Ведущий научный сотрудник., к.б.н. Светлана Фролова
   Научный сотрудник, к.б.н. Юрий Серегин
   Научный сотрудник/аспирант Андрей Пшеничнов
   Научный сотрудник Дарья Соловьева
   Научный сотрудник Марина Кузнецова
   Научный сотрудник Руслан Мансуров
   Научный сотрудник Хадижат Дибирова
   Лаборант-исследователь Татьяна Пузина

В начало

   ВНЕШТАТНЫЕ СОТРУДНИКИ:

   Олег Балановский
   Эльвира Почешхова
   Магомед Раджабов
   Валерий Запорожченко
   Юрий Пустовой
   Иван Горбацевич
   Сергей Суббота